Файл: Бабинец А.Е. Гидрогеологические и геохимические особенности глубоководных отложений Черного моря.pdf

Рис. 19. Водно-физические свойства глубоководных отложений, станция 1923.

колеблется в пределах 1—6,5 на глубине 65—160 см, ниже становится почти постоянным (2,4—2,5). Повышенная пластическая проч­ ность осадков наблюдается в верхнем слое 0—70 см и ниже 350 см (более 200 г/см2); промежуточный слой с повышенной пластической прочностью отмечается также в интервале 150—160 см.

С т а н ц и я 1629 (рис. 17). В разрезе отмечается чередование слоев с влажностью 80—100 и 125—135%. На глубине 360—390 см отмечен слой с влажностью около 180%. Объемный вес осадка в этом слое понижен—1,13 г/см3. В остальных частях колонки объемный вес колеблется в пределах 1,3—1,6 г/см3. В этом же интервале рез­ ко возрастает пластическая прочность. Количество прочно связан­ ной воды изменяется от 0,6 до 4,5%, обнаруживая некоторую

53

тенденцию к повышению с глубиной. Коэффициент фильтрации с глубиной постепенно уменьшается, хотя в интервале 500—520 см он несколько повышен. Коэффициент пористости наиболее значителен (4,20—4,30) в интервалах 65—75, 145—150, 255—260 и 510—520 см.

Рис. 20. Водно-физические свойства глубоководных отложений, стан­ ции 1918 и станции 1926 (внизу).

В остальных частях колонки, а также на глубине 580—600 и ниже 645 см коэффициент пористости минимален 1,95—2,0. По величине пластической прочности, кроме упомянутого выше слоя с максималь­ ным Р, в разрезе выделяются пять слоев с пониженной пластической прочностью (15—80 г/см2) и три — с повышенной (60—160 г/см2).

С т а н ц и я 1921 (рис. 18). По сравнению с двумя предыдущими станциями, здесь водно-физические свойства осадков по глубине изменяются менее резко. Можно выделить два слоя с повышенной влажностью в верхней части колонки (0—20 и 70—80 см), а также небольшое повышение влажности в интервале 360—370 см. На глу-

54

бине 50—60 см залегает слой с относительно низкой влажностью. В остальных частях колонки влажность осадков изменяется в пре­

колонки. Количество прочно связанной воды варьирует в пределах 2,7—4,2%, будучи наименьшим на средней глубине. Коэффициент фильтрации повышен в интервалах 70—150 и 340—370 см. Там же увеличивается коэффициент пористости, еще несколько изменяющий­ ся в маломощных слоях внутри этих интервалов. Пластическая прочность осадков, почти постоянная в верхнем слое и в средней части колонки, повышается на глубинах 60—70 и 360—370 см, достигая 150 г/см2.

Исследуя распределение значений водно-физических свойств осадков по глубине в разрезах колонок, можно предположить, что, с одной стороны, на свойства осадков влияют внешние причины, об­

структуре донных отложений на примере описанных выше станций 1627 и 1629. Здесь удельный вес скелета осадка зависит от грануло­ метрического состава. При появлении заметного количества крупно­ зернистых фракций удельный вес скелета увеличивается (1627, инт. 82—97, 130—145, 295—310 см, см. рис. 16; 1629, инт. 250— 262 и 588—600, см. рис. 17). Такая же зависимость обнаруживается и на других станциях. Количество прочно связанной воды хорошо согласуется с содержанием тонкозернистых пелитовых фракций: с увеличением их содержания в осадке возрастает количество прочно связанной воды. Это отчетливо проявляется на станции 1629 (508— 522 см, см. рис. 17). Надо отметить, что если осадок содержит повы­ шенное количество карбонатов, то количество прочно связанной воды уменьшается даже в случае преобладания тонкого пелита. Это яв­ ление обусловлено минеральным составом тонких фракций, в кото­ рых может быть много тонкодисперсных карбонатов, главным об­ разом органогенного карбоната кальция.

Влажность осадков и их объемный вес в меньшей степени зависят от гранулометрического состава. Отмечается четкая зависимость влажности и объемного веса от содержания органических веществ в осадках. Как правило, влажность повышается, а объемный вес снижается в разностях донных осадков с повышенным содержанием органического вещества. В значительной мере на влажность и объем­ ный вес осадков влияют их структура и степень диагенетического уплотнения, определяемая в основном глубиной залегания слоя. В большинстве случаев илы с тонкослоистой или микрослоистой структурой имеют повышенные влажность и удельный вес по сравне­ нию с неслоистыми разностями. Во многих случаях осадки в верх­ ней части колонок более влажные и имеют меньший объемный вес по сравнению с подстилающими слоями. Это связано с уплотнением осадков при диагенезе и выжиманием поровых вод из ниже-

55

лежащих слоев. Однако надо заметить, что при тщательном изучении распределения влажности обнаруживаются локальные повышения влажности, не объяснимые упомянутыми зависимостями (см. главу V).

Коэффициент пористости почти повсеместно уменьшается с глу­ биной. На этом фоне хорошо заметно его повышение в слоях, обо­ гащенных тонкозернистыми фракциями. С повышением содержания органического углерода также связывается некоторое увеличение пористости, особенно в тонкослоистых ил ах.

Водопроницаемость осадков в некоторой степени зависит от на­ личия в гранулометрическом спектре крупнозернистых фракций. Обычно при возрастании их доли (песка, алеврита, ископаемых остатков организмов) коэффициент фильтрации осадков повышает­ ся. В большинстве случаев он повышается в структурированных тон­ кослоистых илах. На первый взгляд, именно в них следовало бы ожидать понижения водопроницаемости, однако особенности струк­ туры слоистости приводят к обратному. Еще А. Д. Архангельский и H. М. Страхов [26] установили, что прослойки различного мине­ рального состава, обусловливающие слоистую структуру этих илов, не выдержаны по простиранию. Каждый такой микрослой можно рассматривать как пространственную сетку, состоящую из узловсгущений, агрегированных из тонкозернистых частиц, и дырокразрежений среди этих агрегатов. Такое сетчатое строение тонко­ слоистых илов, по-видимому, и обусловливает их повышенную водо­ проницаемость.

В неслоистых осадках водопроницаемость, видимо, также в ос­ новном определяется геометрическими особенностями порового про­ странства, поскольку и в этих отложениях отмечены горизонты как с повышенным, так и с пониженным коэффициентом фильтрации.

Максимальные значения пластической прочности, как правило, приурочены к тонкослоистым илам, обогащенным органическим ве­ ществом. Несколько повышенную пластическую прочность имеют черные илы, особенно залегающие в нижних частях колонки, а также илы, обогащенные карбонатным веществом. Неслоистые раз­ ности, особенно в случае повышенной влажности, обладают мини­ мальной пластической прочностью. На многих станциях можно от­ метить увеличение средних значений пластической прочности в ниж­ ней части колонок по мере уплотнения осадков.

Толща вскрытых грунтовыми трубками глубоководных донных осадков в соответствии с литолого-стратиграфической схемой H. М. Страхова расчленяется на три слоя: верхний — современные, средний — древнечерноморские и нижний — новоэвксинскне отло­ жения. После обобщения данных, полученных в результате наших исследований, можно охарактеризовать водно-физические свойства каждого из этих слоев следующим образом.

Влажность современных осадков составляет 40—180% при объем­ ном весе 2,09—1,53 г/см3; их пластическая прочность 17,4—58,5 г/см2, коэффициент фильтрации 549—751 мм/год при коэффициенте пори­ стости от 4,20 до 5,17.

56

Глава IV

ПОРОВЫЕ ВОДЫ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ЧЕРНОГО МОРЯ

Поровое пространство донных осадков, образовавшихся в процессе оседания взвесей из морской воды, целиком заполнено вод­ ным раствором, генетически связанным с наддонной водой. Этот раствор мы называем поровым. В литературе встречаются и другие названия — «иловые воды», «седиментационные воды», однако, повидимому, излишне слишком конкретизировать этот термин в смысле либо литологической классификации (иловая вода — илы), либо генезиса (седиментационная вода — седиментация). Название же «поровый раствор» указывает лишь на место этой жидкости в струк­ туре породы, безотносительно к названию породы и к особенностям формирования или происхождения; таким образом, этот термин до­ статочно универсален.

Химический состав и физико-химические свойства порового рас­ твора как дисперсионной фазы донных осадков представляют зна­ чительный интерес и для гидрогеологов, и для литологов. С одной стороны, знание состава и свойств порового раствора помогает гидрогеологу при исследовании происхождения и формирования под­ земных минерализованных вод и рассолов; с другой — важно для литолога при выяснении особенностей осадочного минералообразования. Поэтому поровые воды морских донных осадков и осадоч­ ных пород пристально изучаются.

Влияние химического состава поровых растворов на химический состав подземных вод рассматривается в работах А. Е. Бабинца [27—31], особенности химического состава поровых вод морских донных осадков освещены в работах О. В. Шишкиной [249—255], Е. Д. Зайцевой [ПО—111] и др. Исследованиями С. В. Бруевича 158] было установлено наличие вод с пониженной минерализацией в донных осадках Черного моря, залегающих под слоем современных илов. Он считал их погребенными морскими Еодами древнего бас­ сейна.

Позднее в работах О. В. Шишкиной [250, 251 ] приводятся об­ ширные данные о химическом составе поровых вод в различных ти-

58

пах донных осадков Черного моря. Н. В. Тагеева и M. М. Тихоми­ рова [229] изучали распределение некоторых малых элементов и хи­ мический состав поровых вод осадков мелководной части Черного моря.

Распределение органического вещества в поровых водах исследо­ вала Н. Д. Старикова [216], содержание фтора и его распределение по глубине — О . В. Шишкина с сотрудниками [254].

Рассмотрим вкратце методику получения поровых растворов из донных осадков. Наиболее часто применяется предложенный П. А. Крюковым [133—134] для осадочных пород метод отпрессовы-

метода отпрессовывания состоит в следующем. Образец осадка по­ мещают в цилиндрическую прессформу с фильтром в нижней части. Сверху, с помощью какого-либо пресса создается нагрузка, пере­ даваемая на образец поршнем с уплотняющей прокладкой. Образец уплотняется, а через фильтр выделяется поровый раствор.

С целью повышения производительности установки мы несколько усовершенствовали прессформу, применив два фильтра по торцам образца. Кроме того, С. П. Ольштынский совместно с сотрудником Морского гидрофизического института АН УССР В. И. Романовым получал поровый раствор из осадков с помощью центрифуги.

Сведения о применении центрифуги для выделения поровых рас­ творов из почв имелись в литературе [126], однако для получения достаточного количества раствора потребовалось сконструировать соответствующие приспособления к серийным образцам центрифуг.

Наиболее подходят для выделения порового раствора из морских осадков лабораторные центрифуги со стаканами емкостью не менее 0,25 л и скоростью вращения ротора 2000—5000 об/мин. Наиболее простыми приспособлениями для выделения порового раствора ока­ зались перфорированный опорный диск и вкладыш из пластиковой тонкоячеистой сетки (капроновая ткань типа «мельничный газ»).

Метод центрифугирования был опробован нами на образцах дон­ ных осадков Гвинейского залива в первом рейсе НИС «Академик Вернадский» (табл. 6).

При вращении ротора центрифуги со скоростью 5000 об/мин в образце развивается давление около 50 кГ/см2 и за 30 мин выделя­ ется около половины содержащейся в нем влаги. Относительное ко­ личество выделившегося в результате центрифугирования порового раствора увеличивается. Отклонение от такой закономерности от­ мечается для осадков, содержащих значительное количество крупно­ зернистых фракций. Например, образец из интервала 3—15 см (см. табл. 6), содержащий около 52% пелитовой фракции, выделяет в виде порового раствора 51% всей его воды, но в этом образце есть около 17% песчаных частиц. Значительное количество песчаного материала в данном случае повышает проницаемость осадка, фильт­ рация жидкости через толщу образца облегчается, и за то же время выделяется больше раствора, чем из непесчанистых образцов.

59